Протокол внутреннего шлюза OSPF

Интернет состоит из большого количества автономных систем. Каждая автономная система управляется по-своему и может использовать внутри собственный алгоритм маршрутизации. Алгоритм маршрутизации внутри автономной системы называется протоколом внутреннего шлюза. Алгоритм маршрутизации между автономными системами называется протоколом внешнего шлюза.

Изначально в качестве протокола внутреннего шлюза в Интернете использовался протокол дистанционно-векторной маршрутизации RIP (протокол маршрутной информации). Он хорошо работал в небольших системах, но по мере увеличения автономных систем стали проявляться его недостатки, поэтому в мае 1979 года он был заменен протоколом состояния каналов, а в 1990 году - алгоритмом маршрутизации OSPF (открытый алгоритм предпочтительного выбора кратчайшего маршрута). В настоящее время он поддерживается многочисленными производителями маршрутизаторов и уже стал главным протоколом внутреннего шлюза.

При разработке учитывались требования:

1. Алгоритм должен публиковаться в открытой литературе, откуда буква О, поэтому патентованный алгоритм, принадлежащий одной компании, не годится.

2. Новый протокол должен был уметь учитывать широкий спектр различных параметров, включая физическое расстояние, задержку и т. д.

3. Алгоритм должен был быть динамическим, а также автоматически и быстро адаптирующимся к изменениям топологии.

4. Он должен был поддерживать выбор маршрутов, основываясь на типе сервиса. Новый протокол должен был уметь по-разному выбирать маршрут для трафика реального времени и для других видов трафика. 1Р-пакет уже давно содержит поле Тип службы, но ни один из имевшихся протоколов маршрутизации не использовал его.

5. Новый протокол должен был уметь распределять нагрузку на линии. Это связано с предыдущим пунктом. Большинство протоколов посылало все пакеты по одному лучшему маршруту. Следующий по оптимальности маршрут не использовался совсем. Между тем, во многих случаях распределение нагрузки по нескольким линиям дает лучшую производительность.

6. Необходима поддержка иерархических систем. К 1988 году Интернет вырос настолько, что ни один маршрутизатор не мог вместить сведения о полной топологии. Таким образом, требовалась разработка нового протокола.

7. Требовался необходимый минимум безопасности, защищающей маршрутизаторы.

Протокол OSPF поддерживает три следующих типа соединений и сетей

1. Двухточечные линии, соединяющие два маршрутизатора.

2. Сети множественного доступа с широковещанием (то есть большинство локальных сетей).

3. Сети множественного доступа без широковещания (то есть большинство глобальных сетей с коммутацией пакетов).

Сеть множественного доступа — это сеть, у которой может быть несколько маршрутизаторов, способных общаться друг с другом напрямую. Этим св-вом обладают все локальные и глобальные сети.

В основе работы протокола OSPF лежит обобщенное представление о множестве сетей, маршрутизаторов и линий в виде направленного графа, в котором каждой дуге поставлена в соответствие ее цена (может выражаться в таких параметрах, как расстояние, задержка и т. д.). Затем, основываясь на весовых коэффициентах дуг, алгоритм вычисляет кратчайший путь. Последовательное соединение между двумя компьютерами представляется в виде пары дуг по одной в каждом направлении. Их весовые коэффициенты могут быть различными. Сеть множественного доступа представляется в виде узла для самой себя, а также в виде узла для каждого маршрутизатора. Дуги, идущие от сетевого узла к узлам маршрутизатора, обладают нулевым весом и не включаются в граф.

Многие автономные системы в Интернете сами по себе довольно велики и управлять ими непросто. Протокол OSPF позволяет делить их на пронумерованные области, то есть на сети или множества смежных сетей. Области должны перекрываться, но не обязаны быть исчерпывающими, то есть некоторые маршрутизаторы могут не принадлежать ни одной области. Область является обобщением подсети. За пределами области ее топология и детали не видны.

У каждой автономной системы есть магистральная область, называемая областью 0. Все области соединены с магистралью, по магистрали можно попасть из любой области автономной системы в ее любую другую область. Каждый маршрутизатор, соединенный с двумя и более областями, является частью магистрали. Как и в случае других областей, топология магистрали за ее пределами не видна.

У всех маршрутизаторов, принадлежащих к одной области, имеется одна и та же база данных состояния каналов и один алгоритм выбора кратчайшего пути. Работа маршрутизаторов заключается в расчете кратчайшего пути от себя до всех остальных маршрутизаторов этой области, включая маршрутизатор, соединенный с магистралью, который обязательно должен присутствовать в области, хотя бы один. Маршрутизатор, соединенный с двумя областями, должен иметь базы данных для каждой из них. Кратчайший путь для каждой области вычисляется отдельно.

При работе могут понадобиться три типа маршрутов: внутриобластные, межобластные и маршруты между автономными системами. Внутриобластные маршруты рассчитать легче всего, так как каждому маршрутизатору уже известен кратчайший путь до любого маршрутизатора своей области. Расчет межобластного маршрута состоит из трех этапов: от источника до магистрали, по магистрали до области назначения и от магистрали до адресата. Такой алгоритм приводит к конфигурации типа «звезда», в которой магистраль исполняет роль концентратора, а области являются лучами звезды. Пакеты направляются от отправителя к получателю в натуральном виде. Они не упаковываются в другие пакеты.

Протокол OSPF различает четыре класса маршрутизаторов:

1. Внутренние маршрутизаторы, расположенные целиком внутри области.

2. Маршрутизаторы границы области, соединяющие две и более областей.

3. Магистральные маршрутизаторы, находящиеся на магистрали.

4. Маршрутизаторы границы автономной системы, общающиеся с маршрутизаторами других автономных систем.

Эти классы могут перекрываться. Например, все пограничные маршрутизаторы автоматически являются магистральными. Кроме того, маршрутизатор, находящийся на магистрали, но не входящий ни в одну другую область, также является внутренним маршрутизатором.

При загрузке маршрутизатор рассылает сообщения HELLO по всем своим двух-точечным линиям, производя многоадресную рассылку по локальным сетям для групп, состоящих из всех остальных маршрутизаторов. В глобальных сетях маршрутизатору требуется некая установочная информация, чтобы знать, с кем вступать в контакт. С помощью получаемых ответов каждый маршрутизатор знакомится со своими соседями.

Протокол OSPF работает при помощи обмена информацией между смежными маршрутизаторами (общение каждого маршрутизатора с каждым маршрутизатором локальной сети неэффективно, поэтому один маршрутизатор выбирается назначенным маршрутизатором, он считается смежным со всеми остальными маршрутизаторами и обменивается с ними информацией). Соседние маршрутизаторы, не являющиеся смежными, не обмениваются информацией друг с другом. На случай выхода из строя основного назначенного маршрутизатора всегда поддерживается в готовом состоянии запасной назначенный маршрутизатор.

При нормальной работе каждый маршрутизатор периодически рассылает сообщение ОБНОВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ КАНАЛОВ всем своим смежным маршрутизаторам. Это сообщение содержит сведения о состоянии маршрутизатора и предоставляет информацию о цене, используемую в базах данных. В ответ на эти сообщения посылаются подтверждения, что повышает надежность. Каждое сообщение получает последовательный номер, так что маршрутизатор может распознать, что новее: пришедшее сообщение или сообщение, хранимое им. Маршрутизаторы также рассылают эти сообщения, когда включается или выключается канал или изменяется его цена.

Сообщение ОПИСАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ содержит порядковые номера всех записей о состоянии линий, которыми владеет отправитель. Сравнивая собственные значения со значениями отправителя, получатель может определить, у кого информация новее. Эти сообщения посылаются при восстановлении линии.

Каждый маршрутизатор может запросить информацию о состоянии линий у своего партнера с помощью сообщения ЗАПРОС О СОСТОЯНИИ КАНАЛА. В результате каждая пара смежных маршрутизаторов выясняет, чьи сведения являются более свежими, и, таким образом, по области распространяется наиболее новая информация. Все эти сообщения посылаются в виде 1Р-па-кетов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: